测量不确定度在低压电器检测中的运用

邓伟清

摘 要：测量不确定度是表示被测量之值分散性的参数，在进行测量不确定度在低压电器检测评定时，分析各分量的大小，寻找检测过程中各种因素对检测结果的影响及程度，并对不确定度的评定加以验证，使测量不确定度在低压电器检测中更好应用。

关键词：测量；不确定度；低压电器

当前，我国采用ISO9001《质量体系设计、开发、生产、安装和服务的质量保证模式》和《测量不确定度评估和报告通用要求》对测量不确定度评估作了相应规定，测量不确定度的评估对检测实验室既是必须的也是必要的。本文就《检测和校准实验室能力认可准则》对测量不确定度的要求和在低压电器检测中的应用加以分析讨论。

1 测量不确定度的简介

测量不确定度的定义是：与测量结果相联系参数，表征合理地赋予被测量数值的分散性。它是定量说明测量结果质量的参数，只表明对测量结果有效性、可信性的怀疑程度或者不肯定程度。不确定度的研究对象是测量结果本身，其含义不同于误差，而是表示由于随机影响和系统影响的存在而对测量结果不能肯定的程度。故在进行不确定度分析时，应充分考虑各种影响因素，并对不确定度的评定加以验证。

2 测量不确定度的应用原理

测量不确定度从词义上理解，意味着对测量结果可信性、有效性的怀疑程度或不肯定程度，是定量说明测量结果的质量的一个参数。实际上由于测量不完善和人们的认识不足，所得的被测量值具有分散性，即每次测得的结果不是同一值，而是以一定的概率分散在某个区域内的许多个值。虽然客观存在的系统误差是一个不变值，只能认为它是以某种概率分布存在于某个区域内，而这种概率分布本身也具有分散性。

为了表征这种分散性，测量不确定度用标准（偏）差表示。在实际使用中，往往希望知道测量结果的置信区间，因此，在本定义规定：测量不确定度也可用标准（偏）差的倍数或说明了置信水准的区间的半宽度表示。

3 测量不确定度的评估

测量不确定度是以测量结果为中心，其评定过程现了对测量不确定度主要来源确定过程，并建立数学模型和采用相应的修正方法来确定最终的测量不确定度。 测量结果的不确定度一般来源于：被测对象、测量设备、测量环境、测量人员和测量方法，这些来源反映出随机影响和系统影响。由此，也导出了不确定度评定方法，用非统计方法评定的不确定度。

不确定的评定是一种非统计的方法，其根据以往测量数据、校准证书数据、对仪器性能经验等估计的。不确定度为：UB=b/kj式中 b—误差源的误差限，kj—与误差分布和误差限取值概率有关的因数。

在此基础上，把所有标准不确定度分量进行合成得出与测量结果相关联的不确定度总值，成为合成不确定度。其数学公式为：Uc（x）=[U2（x1）+U2（x2）+…]1/2 而在实际触觉的检测测量结果的报告中，一般要给出在特定置信概率下的扩展不确定度，以此表明被测量的真值以所指的置信概率处于置信区间内。其数学公式为：U=k Uc（x），其中k为包含因子，能反映所要求的置信概率。

4 不确定度评定在检测中的应用

4.1 检测结果的报告。中国合格评定国家认可委员会（以下简称CNAS）认可的检测实验室必须执行不确定度的评定政策，根据需要制定评定程序、方法和步骤。编制各领域中各种检测参数不确定度的评定作业指导书，按规定要求给出不确定度。

4.2 检测过程的控制。检测不仅会开展不确定度的评定，更重要的是应充分利用不确定度评定过程中各分量的分析，确定可能对检测结果有影响的服务与供应品、设施与环境条件和设备等因素，根据不确定度分量的大小和对检测质量的影响程度，决定如何对各种用途的低压电器进行科学、合理分区布局和必要的限制。明确在什么时候需要监测、控制和记录，使检测环境条件能满足检测工作的需要，又可减少不必要的无效劳动。为正确配置和选购仪器设备提供参考，指导仪器设备的检定、校准。如果某仪器设备对检测结果总的不确定度几乎没有影响，可将评定结果作为该仪器设备不必进行检定的依据。

4.3 质量控制和技术判定。在开展检测工作前进行不确定度评定，对检测结果的表达和正确确定有效位数是非常必要的，同时也可确定检测方法的选择是否正确。如果方法已给出不确定度，则可根据得到的不确定度判断本实验室的检测条件是否符合要求。在检测方法确认或预试验时，如果得到的不确定度小于或等于已给的不确定度，说明实验条件符合要求；如果大于已给的不确定度，说明实验条件不符合要求，应查找原因，依次改变条件直至合适为止。在实施质量控制工作、开展期间核查、对检定/校准结果进行技术判定等方面，均需要利用不确定度数据才能对其结果进行科学、有效和实用的判定。

5 测量不确定度得示例

5.1 试验方法：在对低压断路器进行脱扣特性和极限试验项目中，会要求判定瞬时脱扣器是否会在试验电流为短路整定电流的120%条件下，在0.2s内动作。 以额定电流100A，短路整定电流是10In为例，此试验电流值为1200A，其获得是在断路器在合位状态下的试验回路里，通过调节多磁路调变成套设备输出小电流120A，电流未定后断开断路器，用数字荧光示波器测得此时的电压值U1；由 I=U/R公式可得，在试验回路电阻R不变的条件下，I与U成正比关系。因此，继续调节多磁路调变成套设备到示波器显示10U1，然后断开试验回路电源；把断路器恢复至合位，再次开启试验电源，即可得到要求的试验电流；同时，当断路器断开后，数字荧光示波器可记录动作时间和试验电流值。

5.2 数学模型：被测电流可以直接由数字荧光示波器的刻度直接读取i=I，式中i—被测电流值，I—数字荧光示波器示值.

5.3 方差与传播系数：由于被测电流是直接由数字荧光示波器直接读取，故被测电流的不确定度就是数字荧光示波器示值的不确定度，评定分量标准不确定度，根据本实验的的实际情况，不存在重复观测，因而采用非统计方法评定的不确定度评定方法。

6 评定与表示测量不确定度的步骤

6.1 分析测量不确定度的来源，列出对测量结果影响显著的不确定度分量。

6.2 评定标注不确定度分量，并给出其数值ui和自由度vi。

6.3 分析所有不确定度分量的相关性，确定各相关系数ρij。

6.4 求测量结果的合成标准不确定度，则将合成标准不确定度uc及自由度v。

6.5 若需要给出展伸不确定度，则将合成标准不确定度uc乘以包含因子k，得展伸不确定度U=kuc。

6.6 给出不确定度的最后报告，以规定的方式报告被测量的估计值y及合成标准不确定度uc或展伸不确定度U，并说明获得它们的细节。

7 结语

不确定度是世界公认的用来评定测量结果质量的参数。充分利用测量不确定度的评估来识别各种因素对检测结果质量的影响，才可能对检测方法、设备、标准物质、环境条件、被检测物品的性能和状态以及操作人员的技能进行全面分析，从而保证检测结果的准确可靠。

参考文献

[1] 陆田.无线电检测中测量不确定度的评定及应用分析[J].浙江工业大学，2009（12）.

[2] 陈军.测量不确定度在基础实验中的应用研究[J].山东农业大学，2010（11）.

[3] 张引.测量不确定度在化学检测符合性评定中的应用[J].科技致富向导，2012（12）.